机器人学导论阅读笔记 12 -- 机器人编程语言及编程系统

黄杰, 2013-06-16
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原书目录：

• 概述
• 机器人编程的三个级别
• 应用实例
• 机器人编程语言的必要条件
• 机器人编程语言的特殊问题

机器人编程的三个级别

1 示教

移动机器人到一个期望目标点，并在存贮器中将这个位置记录下来，使得顺序控制器可以在再现时读取这个位置。在示教阶段，用户通过手或者通过示教盒交互方式来操纵机器人。示教盒是手持的按钮盒，它可以控制每一个操作臂关节或者每一个笛卡尔自由度。这种控制器可以进行调试和分步执行，因此，能够输入包含逻辑功能的简单程序。

2 动作级机器人编程语言

大多数机器人系统配备了机器人编程语言，但同时也保留了示教盒接口。区分为 3 种类型：

1. 专用操作语言。如 Unimation's VAL，Stanford's AL（过时）
2. 应用已有计算机语言的机器人程序库。如 NASA's JARS（Pascal + 机器人程序库），Cimflex's AR-BASIC
3. 应用新型通用语言的机器人程序库。如 ABB's RAPID，IBM's AML，GMF's KAREL

机器人语言的发展趋势是逐渐远离专用机器人编程语言的开发，而向通用语言开发的方向发展。

3 任务级编程语言

这种语言允许用户直接给定期望任务的子目标指令，而不是详细制定机器人的每个动作细节。至今还没有真正的操作臂任务级语言，但这已经是一个活跃的研究课题。

应用实例

（懒病犯了。）

机器人编程语言的必要条件

1 世界模型

机器人编程语言最基本的要素就是一些专门的几何模型。在许多机器人编程语言中，定义各种几何模型的名义变量，并在程序中访问它们，这种能力构成了世界模型的基础。

2 运动指令

基本语法以下为实例。

1. 操作臂运动到「目标 1」
2. 然后沿直线运动到「目标 2」位置
3. 连续运动通过「路径点 1」到「目标 3」的位置停止

假定对已对这些路径点示教过。

VAL II 语言：

move goal1
move goal2
move via1
move goal3

AL 语言（garm 为操作臂）：

move garm to goal1;
move garm to goal2 linearly;
move garm to goal3 via via1;

语言间的区别：

1. 采用数学方法建立坐标系、矢量和旋转矩阵的能力
2. 类似于坐标系，以几种不同的简单符号描述几何实体的能力 —— 同时具有符号变换的功能
3. 约束给定运动的持续时间和速度的能力
4. 相对于不同坐标系确定目标的能力，包括用户定义的坐标系和运动中的坐标系

3 操作流程

和通用编程语言一样，有流程控制 —— 测试、分支、循环、访问子程序甚至中断

在机器人编程语言中经常有「信号」单元和「等待」单元，有时还会推出更复杂的并行操作结构。有些语言提供「事件监测」的能力：用传感器去监测操作，然后通过中断或查询，根据传感器的探测信号对某事件产生响应。

4 编程环境

大多数机器人编程语言采用解释型语言。

5 传感器融合

解决与传感器交互是很重要的问题。略。

机器人编程语言的特殊问题

1 内部世界模型与外部实际环境的关系

2 程序前后的关联性

在单独测试时工作可靠的程序代码，当将其置于较大的程序文本中时，常常会失效。原因是机器人编程受到操作臂运动的位形和速度的影响较大。

影响因素不限于：初始位置、操作臂精度、操作臂位形等。

3 误差校正

误差检测，误差校正。略。